乐振窍,刘文美

(1.福建达利食品集团有限公司,福建惠安 362100; 2.广东汇香源生物科技股份有限公司,广东广州 510663)

超临界二氧化碳萃取天然迷迭香抗氧化剂有效成分工艺的研究

乐振窍1,刘文美2

(1.福建达利食品集团有限公司,福建惠安 362100; 2.广东汇香源生物科技股份有限公司,广东广州 510663)

利用水蒸气蒸馏法提取迷迭香精油后的迷迭香残渣,通过超临界二氧化碳工艺提取残渣中抗氧化剂的有效成分,以鼠尾草酸、鼠尾草酚含量作为产物的主要质量指标,以产品的物性和得率衡量工艺参数的优劣,通过L9(33)正交实验发现,在压力40MPa、温度80℃、萃取时间2.5h状况下可以达到较好的得率和有效成分含量,产品总得率7.2%,鼠尾草酸含量 32%,鼠尾草酚含量 8.1%,产品呈粉末状、气味淡,有利于工业化生产和应用。

迷迭香残渣,抗氧化剂,超临界二氧化碳,鼠尾草酸,鼠尾草酚

1 材料与方法

1.1 材料与设备

迷迭香 1年生,海南产;CO2、蒸馏水 市场购买。

超临界流体设备 华安 HA130-50-02,带萃取釜 1个,分离釜 3个;粉碎机 海南嘉惠食品机械有限公司。

1.2 实验方法

迷迭香原料经自然干燥后,采用水蒸气蒸馏提取迷迭香精油后,迷迭香残渣经干燥、粉碎后装入超临界萃取装置中,采用二氧化碳作为萃取剂,通过添加提携剂和不添加提携剂,设定压力和时间进行萃取提取原料中的抗氧化剂产品,并用高压液相分析产品中的鼠尾草酸和鼠尾草酚含量。提取工艺见图 1。

图1 提取工艺路线

1.3 有效成分鼠尾草酸、鼠尾草酚分析

鼠尾草酸和鼠尾草酚分析根据吕岱竹[3]等人报道的HPLC方法进行测试,方法如下：样品处理：精密称取 0.5g样品,加入甲醇 25mL,超声提取 30min后,用甲醇定容 50mL,根据含量高低稀释成上机液,过0.45μm微孔滤膜。流动相为 52%乙腈-10mmol/L冰乙酸;采用等度洗脱,流速为 0.8mL/min;色谱柱：Nova pak C18柱 (150mm×3.9mm);柱温：室温;波长：285nm;灵敏度：0.5AUFS。

2 结果与分析

2.1 正交实验设计

迷迭香经过水蒸气蒸馏提取迷迭香精油后,将迷迭香残渣于 60℃烘干至水分 5%～7%左右,经粉碎机粉碎至 60～80目,填装到超临界萃取釜中进行萃取,萃取物在分离釜 1、分离釜 2、分离釜 3中收集,汇总,计算产品得率。

萃取釜压力、温度和时间影响按照L9(33)即三水平三因素的正交设计方案,压力以 20、30、40MPa作为三个水平;温度以 40、60、80℃作为三个水平;时间以2、2.5、3h作为三个水平。具体实验次数和参数见表 1。为了便于观察和汇总,每次实验,分离釜各压力和温度均保持不变。即分离釜 1的压力设置为 9MPa,温度 35℃;分离釜 2的压力设置为 7MPa,温度 30℃;分离釜 3的压力和储罐压力相同,温度为32℃。

表1 正交实验因素水平表

2.2 正交分析

2.2.1 正交实验直观分析 由于分离收集的产品为膏状类产品,产品无法从分离釜中完全排除,每次实验做 6组平行实验,实验完毕后清除分离釜内的萃取物,总得率计算数据见表 2。从表 2可以看出,随着压力的上升,得率显著增加;温度升高,得率虽然也加大,但上升幅度没有压力变化时明显;时间因素对产品得率影响不大。

2.2.2 显著性分析 通过表3显著性分析可以看出,压力对得率有显著性影响,温度对得率有影响但不是很显著。时间对得率最不显著。故在设备能够承受范围内,提高压力和温度可以提高产品的得率,但考虑到温度提高可能破坏抗氧化剂的有效成分,因此实验选择压力为 40MPa,温度为 80℃,萃取时间为2.5h为萃取的最佳工艺。

表2 正交实验直观分析表

表3 正交实验显著性分析

2.3 水作为携带剂单因素分析工艺与结果分析

2.3.1 水作为携带剂单因素工艺设计 正交实验中虽然确定了萃取釜的压力、温度和萃取时间,但收集到的产品均为膏状物,而该物质粘性很大,内含大量树脂类和萜类物质,产品有浓厚的异味,在油脂及各种产品的抗氧化应用中受到很大的局限;同时产品无法从分离釜中很好的分离,给工业化生产带来一定的困难,为了解决产品形成膏状问题和优化产品工艺,采用水作为携带剂对产品的物性和得率进行单因素研究和改进,并对鼠尾草酸和鼠尾草酚进行分析比对。

根据正交实验的结果,设定萃取釜的压力为40MPa,温度 80℃,时间 2.5h;分离釜 1的压力设置为9MPa,温度 35℃;分离釜 2的压力设置为 7MPa,温度30℃;分离 3的压力和储罐压力相同,温度为 32℃为选择实验的条件。通过在萃取釜中添加 0%、10%、20%的水分(水分均匀喷洒在迷迭香原料中,混合均匀后用萃取釜填装),调整各单元参数进行萃取和收集,每次实验做 6组平行实验,收集各分离釜的萃取物进行观察。

2.3.2 水作为携带剂单因素实验结果分析 从表 4可以看出,水携带剂对产品的物性影响很大,随着水添加量增大,产品由原来的膏状物转化为粉末状物质,产品味道由浓厚逐渐变为清淡;产品得率随着水携带剂的不断添加,总得率增加。分析原因可能由于二氧化碳在超临界状态下介电常数较低,基本上和正已烷 (介电常数 1.88)的极性相同,相当于弱酸性的非极性亲脂类溶剂。一般萃取极性较低的物质如酯、醚、内酯和类脂有机化合物;对极性基团羟基(-OH)、羧基 (-COOH)不容易萃取,特别对苯的衍生物,具有三个酚羟基或一个羧基和两个羟基的化合物在高压下可以被萃取,但效果不理想[2]。由于水的介电常数为 78.5,通过添加水分,增加了二氧化碳的极性,对极性化合物的溶解度增加,对树脂、烃类的溶解度减少,从而改变了产品的形状。

表4 水携带剂对产品的影响

2.4 有效成分鼠尾草酸、鼠尾草酚分析结果

实验数据见表 5。

表5 鼠尾草酸和鼠尾草酚含量

从表 5分析可以看出,增大压力、添加水分可以有效增加二氧化碳的极性,增加极性较大化合物鼠尾草酸和鼠尾草酚的含量。提高产品的得率也增加了产品的抗氧化效果。

3 结论

迷迭香抗氧化剂中的主要成分为鼠尾草酸和鼠尾草酚,其中这两种成分的高低直接影响着产品的抗氧化效果[4]。通过添加水携带剂可以有效改变产品的外观和气味,增加产品的抗氧化活性。采用超临界二氧化碳提取迷迭香中的抗氧化成分的最佳参数为萃取釜的压力为 40MPa,温度 80℃,水添加量20%,萃取时间 2.5h为最佳工艺条件。

[1]Carlo Bicchi.Deter mination of Phenolic Diterpene Antioxidantsin Rosemary(Rosemarinusofficinalis L.)with Different Methods of Extraction and Analysis[J].Phytochem Anal,2000(11)：236-242.

[2]张镜澄 .超临界流体萃取 [M].北京：化学工业出版社,2004.

[3]吕岱竹 .高效液相色谱法测定迷迭香超临界提取物中的鼠尾草酸和鼠尾草酚[J].分析测试学报,2006,25(3)：37-39.

Study on extration of native antioxidant from rosemary by supercritical carbon dioxide

LE Zhen-qiao1,L IUW en-mei2
(1.Fujian Dali foods group Co.,Ltd.,Hui’an 362100,China; 2.Guangzhou H-B IO Biotech Co.,Ltd.,Guangzhou 510663,China)

Afte r the s team d is tilla tion extrac tion rosem a ry vola tile oil’s rosem a ry res idua l,res idua l in the oxida tion inhib itor effec tive comp onentwas extrac ted through the sup e rc ritica l ca rbon d ioxide c raft.Taking the ca rnos ic ac id, ca rnosol content asthe p roduc t the m a in qua lita tiveindex,the p roduc t na ture and ra te we ight technolog ica l p a ram e te r’s fit and unfit qua lity was m easured as the technology p a ram e te rs.It d iscove red through L9(33) orthogona l exp e r im ent：in p ressure40M Pa,the temp e ra ture80℃,unde r the extrac t t im e2.5h cond ition good ra te and the effec tive comp onent contentm ay achieve,the p roduc tm us t lead7.2%,the ca rnos ic ac id content32%,the ca rnosol content8.1%,the p roduc t assum es p owde ry,the sm e ll to be p a le,is advantageous to the indus tria liza tion p roduc tion and the app lica tion.

rosem a ry;antioxidant;sup e rc ritica l ca rbon d ioxide;ca rnos ic ac id;ca rnosol

TS202.3

B

1002-0306(2010)02-0283-03

迷迭香 (Rosm arinus officinalis L.),别名艾菊,为唇形花科多年生草本植物,原产于地中海沿岸,目前在我国云南、贵州、福建、海南等地区成功进行引种。从迷迭香中提取的天然抗氧化剂,主要成分为鼠尾草酸 (Carnosic acid)、鼠尾草酚 (Carnosol)、迷迭香酚(Ros masol)、异迷迭香酚 (Isoros manol)、迷迭香酸(Rosemarinic acid)和迷迭香双醛 (Ros madial),由于鼠尾草酸比较不稳定,容易氧化转化成鼠尾草酚[1],采用常规的溶剂提取法很难提取鼠尾草酸,而二氧化碳在超临界状态下 (临界压力 Pc7.32MPa,临界温度 tc31.1℃,临界比容 VC95.5cm3/mol)提取过程中没有氧气的参与,可以最大限度保存鼠尾草酸的存在。同时,使用二氧化碳为溶剂的超临界萃取具有有机溶剂能力强,选择性好、便宜、易得、无毒、惰性和容易分离等特点,在萃取过程中不会残留萃取物和萃余物中。本法采用正交实验优化和单因素实验对提取产品的抗氧化成分和物性进行研究。

2009-07-08

乐振窍(1978-),男,工程师,研究方向：食品加工。